背景:镁合金具有的天然降解性、优秀的生物相容性和良好的力学性能,已成为生物医学领域十分具有研究价值的植入材料,然而镁合金快速的降解速率限制了其进一步的发展和应用.目的:综述镁及其合金处于生理环境下降解的一般基本原理,重点从安全性及对镁及其合金性能的影响两方面介绍镁合金化元素选择的研究现状.方法:利用计算机检索中国知网、PubMed、Web of Science和Elsevier等数据库中的相关文献,以"镁(合金),铋/铝等(金属名称),腐蚀,生物相容性,金属毒性,支架/螺钉"为中文主题检索词,以"magnesium(alloy),metal name(such as:bismuth(Bi),aluminium(Al)),corrosion,biocompatibility,metal toxicity,scaffold(stent)/screw"为英文检索词进行检索,检索时限为2013-2023年,通过阅读文献内容进行筛选,最终纳入70篇文献进行结果分析.结果与结论:镁合金在医学领域的研究已相当广泛,虽然目前有一些产品已应用于临床,但镁合金在人体环境中的高降解速率仍然是临床大规模应用的主要限制,未来发展的焦点是对其腐蚀速率的控制.合金化是一种提升镁合金耐腐蚀性能的方法,并可通过不同合金成分添加来改善镁合金的各种性能,但单纯的合金化已不能满足对镁合金多元化性能的追求.为开发优异性能的多功能镁合金产品,未来需要将合金化、表面改性等多种优化方式结合来弥补各自方法的不足,同时结合合金结构更新以及制备工艺改良,共同提升镁合金的性能.

背景:可降解植入物具有良好的生物相容性和骨传导性,被逐渐应用于颅面重建、前交叉韧带的重建、半月板修复、踝关节骨折治疗、胫骨腓骨骨折等手术治疗中.目的:通过对比可降解植入物与非降解植入物在骨科骨折中的应用,总结可降解植入物的优缺点,并提出自己的见解.方法:以"可降解螺钉,可降解板,骨科,骨折;biodegradable screws,biodegradable plates,orthopedics,fractures"为关键词,检索CNKI数据库、万方数据库及Web of sciences数据库1960至2017年发表的相关文献,收集有关可降解植入物在骨科应用的文献,最终选取65篇文献.结果与结论:无论采用镁合金还是聚乳酸类植入物进行骨科骨折治疗,均表现出了良好的治疗效果.然而,可降解植入物自身存在一些不足:可降解螺钉的降解速率过快,将导致初始强度的快速丧失,如何控制可降解螺钉的降解速率与骨生长速率相匹配等,仍然是一个亟待解决的问题.因此在今后的研究中,需要重点研究如何减缓降解速率、增强抗磨抗腐蚀性,以及开发无毒性、含多营养元素的可降解植入物.

目的 比较钛合金、聚乳酸及镁合金螺钉固定后外侧斜行后踝骨折的生物力学效果.方法 选取自2017年4月至2019年1月于苏州高新区人民医院接受螺钉固定后外侧斜行的60例后踝骨折患者为研究对象.根据不同的螺钉固定材料将患者分为钛合金组(n=22)、聚乳酸组(n=17)和镁合金组(n=21).比较各组的最大等效应力,以及不同载荷下的应力峰值和螺钉、骨折远端位移.结果 钛合金组、聚乳酸组、镁合金组最大等效应力分别为180 MPa、146 MPa和134 MPa,均小于后踝骨折屈服强度.镁合金组的等效应力、应力峰值均小于钛合金组和聚乳酸组,聚乳酸组小于钛合金组,组间比较,差异均有统计学意义(P<0.05).载荷500 N时,3组螺钉最大位移0.19 mm,即使载荷增加到1500 N,螺钉和骨折远端的最大位移也分别只有0.64 mm、0.77 mm.1500 N载荷下,镁合金组的螺钉、骨折远端位移均小于钛合金组和聚乳酸组,组间比较,差异均有统计学意义(P<0.05).结论 镁合金螺钉应用于后踝骨折中,较钛合金和聚乳酸螺钉具有更稳定的力学能力和等效应力,其能在生物力学性能方面达到满意的效果.

目的 研究可吸收镁合金螺钉应用于寰枢椎脱位固定的可行性.方法 选用WE43型镁合金,设计4种不同螺纹形式(三角形、矩形、梯形、锯齿形)镁合金螺钉,对螺钉-聚氨酯试验块模型、寰枢椎固定系统模型进行有限元仿真分析,获得模型上的应力分布和位移分布.结果 按照ASTM F543标准对镁合金螺钉进行拔出力仿真分析,三角形、矩形、梯形、锯齿形螺纹螺钉上的应力分别为146.20、185.22,194.98,264.55 MPa,即三角形螺纹螺钉的抗拔出力最大,且应力峰值最小;用三角形螺纹镁合金螺钉进行寰枢椎固定可以满足颈部屈伸、旋转、侧倾所需的强度要求;在三角形螺纹螺钉表面喷涂羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层后,螺钉上应力峰值降低了17.16 MPa,涂层上的应力在涂层与基体的结合强度范围内.结论 在相同载荷条件下,三角形螺纹螺钉具有较好的稳定性,抗拔出力性能最佳;使用热处理后的三角形螺纹镁合金螺钉进行寰枢椎固定,螺钉强度满足承载要求;在螺钉表面喷涂HA涂层,可优化螺钉的力学性能,并且涂层与螺钉之间有良好的结合强度.

目的 探讨镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉在治疗下胫腓联合损伤时在力学特性上是否与钛合金螺钉存在差异.方法 参照市售治疗下胫腓联合损伤的钛合金螺钉制作相同规格的镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉,取3种不同材质的螺钉(镁合金螺钉、羟基磷灰石涂层镁合金螺钉和钛合金螺钉),分成3组,即镁合金螺钉组、羟基磷灰石涂层镁合金螺钉组(简称羟基磷灰石涂层组)和钛合金螺钉组.将3种不同材质同种规格(直径2.7 mm×长30.0 mm、直径3.5 mm×长45.0 mm、直径4.5 mm×长45.0 mm)的螺钉分别进行最大扭矩和断裂扭转角实验、轴向拔出力实验、旋动扭矩(旋入、旋出)实验.结果 最大扭矩和断裂扭转角实验:镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉的最大扭矩小于钛合金螺钉,差异有显著统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组0.28 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.30 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组 1.39 N·m±0.01 N·m.H=20.607,P=0.000＜0.01.3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.63 N·m±0.03 N·m,羟基磷灰石涂层组0.66 N·m±0.03 N·m,钛合金螺钉组2.81 N·m±0.05 N·m.F=11 738.224,P=0.000＜0.01.4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 1.16 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组 1.16 N·m±0.04 N·m,钛合金螺钉组5.52 N·m±0.07 N·m.F=29 111.916,P=0.000＜0.01);而最大断裂扭转角在螺钉直径为2.7 mm时,差异无统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组221.20°±7.67°,羟基磷灰石涂层组224.39°±8.30°,钛合金螺钉组224.70°±1.95°.H=0.863,P=0.649＞0.05);而当螺钉直径增加至3.5 mm、4.5 mm时,扭转角明显小于钛合金组,差异有显著统计学意义(3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组125.00.±11.60°,羟基磷灰石涂层组128.00°±3.30°,钛合金螺钉组 138.20°±4.73°.H=20.979,P=0.000＜0.01.4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 135.00°±6.68°,羟基磷灰石涂层组134.90.±2.85°,钛合金螺钉组185.30°±13.53°.H=19.560,P=0.000＜0.01).轴向拔出力实验:镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉轴向拔出实验最大载荷与钛合金螺钉轴向拔出实验最大载荷基本相当,差异无统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组297.40 N±17.80 N,羟基磷灰石涂层组291.40 N±7.11 N,钛合金螺钉组297.50 N±8.96 N.H=3.248,P=0.197＞0.05.3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 364.30 N±23.34 N,羟基磷灰石涂层组358.20 N±8.84 N,钛合金螺钉组 364.70 N±23.69 N.F=0.336,P=0.717＞0.05.4.5 mm x 45.0 mm:镁合金螺钉组475.60 N±39.37 N,羟基磷灰石涂层组 469.70 N±23.24 N,钛合金螺钉组 490.30 N±8.62N.H=4.197,P=0.123＞0.05),失效方式均为材料失效.旋动扭矩(旋入、旋出)实验:镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉旋入扭矩、旋出扭矩与钛合金螺钉旋入扭矩、旋出扭矩基本相当,差异无统计学意义(旋入实验,2.7 mm x 30.0 mm:镁合金螺钉组0.07 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组 0.08 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组 0.08 N·m±0.01 N·m.F=0.617,P=0.547＞0.05.3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.15 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组0.08 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组0.08 N·m±0.02 N·m.F=0.559,P=0.578＞0.05.4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 0.27 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.27 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组 0.27 N·m±0.03 N·m.H=3.142,P=0.208＞0.05.旋出实验,2.7 mm x 30.0 mm:镁合金螺钉组0.06 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.06 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组0.06 N·m±0.01 N·m.F=0.368,P=0.696＞0.05.3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.12 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组0.13 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组 0.11 N·m±0.02 N·m.F=1.429,P=0.257＞0.05.4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组 0.20 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组 0.20 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组 0.18 N·m±0.04 N·m.H=2.653,P=0.268＞0.05).结论 镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉与钛合金螺钉在最大扭矩和断裂扭转角之间有差异,但这并不影响在实际当中的应用.在轴向拔出和旋入与旋出扭矩之间均无明显差异,可以认为镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉作为骨科植入物在治疗下胫腓联合损伤时可以达到与钛合金螺钉相同的固定效果,且镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉的可降解性、与骨更相近的弹性模量及还可进一步促进骨折的愈合使其在治疗下胫腓联合损伤更具有优越性.